陳浩 張正華 周慶華 中國電信股份有限公司江西分公司網(wǎng)絡運行維護部 南昌市 330046

0 引言

隨著5G網(wǎng)絡即將正式商用，有望撬動規(guī)模達萬億元的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，車聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、智能家居、無人機等產(chǎn)業(yè)將迎來快速發(fā)展期，人工智能、智能制造等產(chǎn)業(yè)也將隨之崛起。江西電信物聯(lián)網(wǎng)用戶規(guī)模不斷擴大，物聯(lián)網(wǎng)端到端業(yè)務感知研究作為物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務發(fā)展和運營支撐的核心抓手和奠定江西物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務轉(zhuǎn)型升級的基礎，開展關鍵核心技術的自主研發(fā)，面向企業(yè)支撐人員、企業(yè)客戶提供端到端故障定位、業(yè)務能力評估預警、客戶自服務等通用能力服務，打造提供端到端故障定位的支撐平臺、促進業(yè)務發(fā)展的助推平臺及提升客戶感知的服務交流平臺顯得尤為迫切。

1 方案設計

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

圖1 物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務質(zhì)量感知系統(tǒng)架構(gòu)圖

物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務質(zhì)量業(yè)務感知系統(tǒng)主要包括采集層、數(shù)據(jù)層、分析功能層和呈現(xiàn)層。其中采集層主要完成各相關系統(tǒng)及接口數(shù)據(jù)采集匯聚整理功能。數(shù)據(jù)層主要完成對采集層數(shù)據(jù)關聯(lián)分析、統(tǒng)計計算及數(shù)據(jù)存儲入庫功能，同時為分析層提供服務。分析功能層主要完成業(yè)務感知分析功能，主要包括感知質(zhì)量評價、KQI分析、質(zhì)差分析、質(zhì)差告警、信令回溯等功能。呈現(xiàn)層主要完成分析結(jié)果、報告輸出等呈現(xiàn)功能。

采集層的主要功能是對各接口信令面流量，或用戶面流量進行采集，識別、過濾各接口流量，并進行協(xié)議解析，提取、記錄關鍵字段信息生成話單文件。支持協(xié)議庫在線升級功能，和IPv6采集功能。

數(shù)據(jù)層主要完成對采集層數(shù)據(jù)關聯(lián)分析，結(jié)合業(yè)務感知數(shù)據(jù)庫和基礎信息庫、為上層統(tǒng)計分析提供數(shù)據(jù)服務。支持對各數(shù)據(jù)庫錄入、編輯、查詢功能；支持靜態(tài)導入功能，和與其他資源接口同步功能。

分析功能層主要完成對入庫話單數(shù)據(jù)進行挖掘分析，統(tǒng)計各KQI、KPI指標分析網(wǎng)絡質(zhì)量和業(yè)務質(zhì)量，結(jié)合質(zhì)差分析做業(yè)務感知評價；以不同維度挖掘分析影響感知指標，通過故障分析、診斷，提供專家優(yōu)化建議；同時，通過對VIP重要用戶保障支撐以及忙閑分析，保障用戶網(wǎng)絡資源使用狀況，從而幫助提升用戶感知質(zhì)量。主要功能包括網(wǎng)絡質(zhì)量分析、業(yè)務質(zhì)量分析、感知質(zhì)量評價、質(zhì)差定界定位分析、質(zhì)差告警、信令回溯等功能。

呈現(xiàn)層主要完成統(tǒng)計分析結(jié)果呈現(xiàn)，支持各種圖表展示，TOPN展示，多維度對比，放大鉆取等功能。支持統(tǒng)計分析報告、報表導出等功能。

1.2 關鍵技術

（1）基于DMA零拷貝技術+GnO2O_Chameleon變色龍變型算法

利用GnO2O_Chameleon變色龍變型算法+正則表達匹配的大數(shù)據(jù)分析技術將兩階聚類變成三階聚類分析，增加特征值相似度、字符串相似度、五元組相似度等聚類維度對五元組類似的同源報文合并，識別各類企業(yè)服務類型特征規(guī)律，比如上報類的智能抄表、環(huán)衛(wèi)穿戴和下控類的智慧路燈、白色家電等。

（2）DPI采集解析和終端識別能力

在報文檢測的基礎上針對服務器網(wǎng)卡芯片開發(fā)專用的、獨有的高性能DMA驅(qū)動程序，同時優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)NB專有信令、專業(yè)業(yè)務（COAP）緩存隊列放入高速緩沖區(qū)，實現(xiàn)X86平臺DPI的采集解析處理能力。

（3）基于行為特征深度分析框架，實現(xiàn)企業(yè)智能化動態(tài)特征庫建模

通過大數(shù)據(jù)方法分析終端上線規(guī)律、業(yè)務形態(tài)、心跳包大小、心跳周期等，建立行業(yè)行為特征深度分析框架，制定專屬評估體系及算法，建立終端行為智能化動態(tài)特征庫。過程話單建立故障定段定界的靜態(tài)專家?guī)臁?/p>

（4）對接自研NB測試儀，提升端到端業(yè)務感知能力

分析從用戶終端、接入APN、核心網(wǎng)、到與企業(yè)應用服務器交互的網(wǎng)絡質(zhì)量、業(yè)務質(zhì)量和終端質(zhì)量。對一個物聯(lián)網(wǎng)終端分析從附著、尋呼、會話建立、TCP建立、物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務（CoAP、HTTP或者其它）的整個過程，做到端到端的分析，從而使物聯(lián)網(wǎng)應用的各個環(huán)節(jié)的流程做到可視化監(jiān)測。

2 實施關鍵點

2.1 物聯(lián)網(wǎng)信令采集

采集4G&NB-IoT的S1MME/S6a/S10/S11/S8/S11-U各接口數(shù)據(jù)關聯(lián)整合，省內(nèi)全量N B用戶的數(shù)據(jù)流量，細分不同行業(yè)客戶需求，建立不同行業(yè)的客戶服務模型。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務信令采集示意圖

2.2 對接自研NB測試儀

對接我省自研NB測試儀平臺，通過API接口實現(xiàn)“端”側(cè)信令回溯與故障定位功能，終端做上報業(yè)務數(shù)據(jù)、接收企業(yè)或IOT平臺下發(fā)控制指令、上報業(yè)務后釋放連接等行為時，產(chǎn)生的多個接口的主要信令流程關聯(lián)為一條完整的信令過程記錄，生成終端信令過程信息。

基于HTTP/HTTPS協(xié)議，上層應用層通過向指定URL按照Form表單格式以POST方式發(fā)送請求與DPI系統(tǒng)進行對接，DPI設備響應使用JSON格式完成對接，根據(jù)各環(huán)節(jié)上報狀態(tài)定界終端側(cè)、無線側(cè)、核心網(wǎng)側(cè)、鑒權流程、密鑰協(xié)商流程、位置更新流程問題，如終端區(qū)域限制功能到期導致無法上線、卡欠費停機繳費復機無法上線、終端機卡分離、終端APN設置錯誤、無線問題等。

圖3 NB測試儀

3 實施成果

3.1 基于終端標簽節(jié)省無線資源利用和終端耗能

按企業(yè)對終端進行分類，針對不同的企業(yè)，通過終端每天業(yè)務行為以及時間間隔來確定上線的規(guī)律，根據(jù)規(guī)律來制定異常終端的主動發(fā)現(xiàn)。

監(jiān)控某企業(yè)試運行終端運行質(zhì)量，通過抓包分析發(fā)現(xiàn)終端上報數(shù)據(jù)完成后，空口未發(fā)起UEContextRelease進入PSM狀態(tài)，核查基站配置發(fā)現(xiàn)終端進入空閑狀態(tài)周期為5分鐘，依照NB小區(qū)規(guī)范調(diào)整為20秒后，終端正常進入PSM狀態(tài)，節(jié)省基站無線資源且降低終端耗能。

3.2 基于企業(yè)行為分析實現(xiàn)主動預警和服務報告自動化生成

通過大數(shù)據(jù)聚類算法GnO2O_CHAMELEON分析終端上線規(guī)律、業(yè)務形態(tài)、心跳包大小、心跳周期等，建立行業(yè)行為特征深度分析框架并統(tǒng)計分析企業(yè)終端正常行為模式，制定專屬評估體系及算法通過自研NB測試儀，研究AT指令與DPI所采集原始數(shù)據(jù)之間對應關系，建立AT指令與網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包關系特征庫、終端行為智能化動態(tài)特征庫和故障定段定界的靜態(tài)專家?guī)?，對標KPI指標制定質(zhì)量評價算法，為NB-IOT終端故障定位提供判斷依據(jù)。

錄入企業(yè)樣本終端，自動分析該企業(yè)終端業(yè)務行為特征，結(jié)合特征庫實現(xiàn)企業(yè)服務報告自動化生成、異常行為終端預警等相關應用，準確掌握終端行為并定位終端異常信息，為智慧路燈、白色家電和智能抄表等行業(yè)深度分析提供依據(jù)。

3.3 基于端到端信令數(shù)據(jù)實現(xiàn)小區(qū)容量評估和高并發(fā)分析

通過小區(qū)承載能力核心算法建模，統(tǒng)計分析小區(qū)在線時長，根據(jù)終端業(yè)務模型和企業(yè)特征，結(jié)合無線數(shù)據(jù)和KPI指標設定閾值和空隙值，建立NB-IOT小區(qū)容量與行業(yè)業(yè)務關系模型，計算小區(qū)在線時長剩余容量，預測可放號終端數(shù)。

現(xiàn)網(wǎng)N B網(wǎng)絡同基站小區(qū)下承載多種行業(yè)場景，結(jié)合無線側(cè)指標和DPI業(yè)務數(shù)據(jù)，對小區(qū)高并發(fā)預警評估。

4 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務感知平臺研究在“中博會”、“世界VR大會”、“江西移博會”等重要場合進行展示和宣傳，向省委、省政府領導展示江西電信物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務發(fā)展趨勢、網(wǎng)絡優(yōu)勢和運營水平，取得良好的宣傳效果和社會反響。有力支撐物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的快速發(fā)展，提升競爭力和發(fā)展?jié)摿Γ焖僭\斷排查物聯(lián)網(wǎng)用戶故障，提升客戶感知并降低企業(yè)OPEX。